(57)【要約】本発明は、風力発電設備（１００）のロータブレード（１０８）への入射流の評価方法に関し、−圧力（Ｐ）の圧力スペクトルの少なくとも一部、特に、少なくとも１つの測定部におけるロータブレードの壁圧力を記録するステップ、−圧力スペクトルから少なくとも２つの特性値（Ｐ１，Ｐ２）を決定するステップ、−インジケータ値（Ｉ）に応じて、臨界入射流（２４）が存在するか否かを評価するステップ、を備えている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電設備（１００）のロータブレード（１０８）における入射流の評価方法であって、
少なくとも１つの測定位置において前記ロータブレード（１０８）における圧力（Ｐ）、特に、壁圧力の圧力スペクトルの少なくとも一部を記録するステップと、
前記圧力スペクトルから少なくとも２つの特性値（Ｐ１，Ｐ２）を決定するステップと、
前記少なくとも２つの特性値（Ｐ１，Ｐ２）の間の関係からインジケータ値（Ｉ）を形成するステップと、
前記インジケータ値（Ｉ）に応じて、臨界入射流（２４）が存在するか否かを評価するステップと、
を備えている方法。
【請求項２】
前記少なくとも２つの特性値（Ｐ１，Ｐ２）は、第１スペクトル値（Ｐ１）および第２スペクトル値（Ｐ２）を有し、
前記第１スペクトル値（Ｐ１）は、前記圧力スペクトルの低周波レンジの特性値であって、
前記第２スペクトル値（Ｐ２）は、前記圧力スペクトルの高周波レンジの特性値である、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記圧力スペクトルは、力密度スペクトル（ＧＰＰ（ｆ））として実施され、
低周波レンジ（４２）内の第１の部分的な力密度スペクトルと、
高周波レンジ（４４）内の第２の部分的な力密度スペクトルと
に細分化され、
少なくとも２つの特性値は、第１および第２のスペクトル成分（Ｐ１，Ｐ２）として実施され、
前記第１のスペクトル成分（Ｐ１）は、第１の部分的な力密度スペクトルを低周波レンジにわたって積分することで形成され、
前記第２のスペクトル成分（Ｐ２）は、第２の部分的な力密度スペクトルを高周波レンジにわたって積分することで形成される、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記低周波レンジ（４２）は、低周波数（ｆ１）と中周波数（ｆ２）との間にあり、
前記高周波レンジ（４４）は、前記中周波数（ｆ２）と高周波数（ｆ３）との間にあり、
前記低周波数（ｆ１）、前記中周波数（ｆ２）および前記高周波数（ｆ３）の少なくとも１つは、以下を含むテーブルの少なくとも１つの調整規定に従って設定される、
−前記中周波数（ｆ２）は、臨界入射流（２４）が存在する時に、力密度スペクトルが低周波レンジ（４２）において最大になるように設定され、
−前記低周波数（ｆ１）、前記中周波数（ｆ２）および前記高周波数（ｆ３）は、前記低周波レンジ（４２）と前記高周波レンジ（４４）とが同じサイズになるように設定され、
−前記低周波数（ｆ１）、前記中周波数（ｆ２）および前記高周波数（ｆ３）は、前記ロータブレード（１０８）の汚れの程度に応じて設定され、
―前記低周波数（ｆ１）、前記中周波数（ｆ２）および前記高周波数（ｆ３）は、前記風力発電設備（１００）の設置場所における放音限界に応じて設定され、
−前記低周波数（ｆ１）、前記中周波数（ｆ２）および前記高周波数（ｆ３）は、前記風力発電設備（１００）の領域における音測定に応じて設定され、
−前記低周波数（ｆ１）、前記中周波数（ｆ２）および前記高周波数（ｆ３）は、それぞれ、２００Ｈｚ，４００Ｈｚ、および６００Ｈｚの領域の値に設定される、
請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記インジケータ値（Ｉ）は、少なくとも２つの特性値のうちの２つ、または前記第１および前記第２のスペクトル値、または前記第１および前記第２のスペクトル成分（Ｐ１，Ｐ２）の商であって、
前記臨界入射流（２４）は、前記インジケータ値（Ｉ）が指定可能な比率限界値（６０）を上回っている場合には、存在すると評価される、
前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの測定位置は、
前記ロータブレードのロータブレード後端（６）の領域に、
前記ロータブレードの吸込側（８）に、および／または、
長手方向において、前記ロータブレード（１０８）の接続領域から前記ロータブレード（１０８）のブレード先端まで、特に、６０％から９５％、特に、７５％から８５％である前記ロータブレード（１０８）の中間領域に、
配置される、
前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
そのブレード角度に関して調整可能な少なくとも１つのロータブレード（１０８）を持つロータ（１０６）を有する風力発電設備（１００）の制御方法であって、
少なくとも１つの測定位置において、少なくとも１つのロータブレード（１０８）における圧力測定を評価するステップと、
前記圧力測定の評価に応じて、前記ロータブレード（１０８）において臨界入射流（２４）が存在するか否かを評価するステップと、
入射流（２４）が前記入射流を改良するために臨界的と評価された場合には、迎え角（angle of attack）に関して、前記ロータブレード（１０８）を調整するステップと、
を備えた方法。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載の方法は、入射流（２４）が存在するか否かを評価するために使用される、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
１または複数の前記インジケータ値が、限界値を下回る、あるいは比率限界値（６０）を再び下回ように減算する方法により、前記ブレード角度が調整される、
請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
入射角（２４）が、上限ヒステリシス限界値を超える前記インジケータ値（Ｉ）によって臨界的と評価された場合には、その迎え角に関して前記ロータブレード（１０８）の調整が開始され、
前記インジケータ値（Ｉ）が、前記上限ヒステリシス限界値よりも小さい下限ヒステリシス限界値より下回るまで、前記調整が続けられる、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ロータブレード（１０８）、特に、ロータブレード後端（６）の近傍の吸込側（８）におけるロータブレード（１０８）の外側領域において、圧力の圧力スペクトルの少なくとも一部を記録するステップと、
記録された前記圧力スペクトルのスペクトル評価を実施するステップと、
前記圧力スペクトルを、第１および第２の部分的な力密度スペクトルに細分化するステップと、
前記第１および第２の部分的な力密度スペクトルをそれぞれ統合して、第１および第２のスペクトル成分を算出するステップと、
インジケータ値（Ｉ）として、前記第１および前記第２のスペクトル成分（Ｐ１，Ｐ２）の積を形成するステップと、
前記インジケータ値（Ｉ）を指定可能な比率限界値（６０）と比較し、前記インジケータ値（Ｉ）が前記比率限界値（６０）を超える場合には存在するものとして臨界入射流を評価するステップと、
臨界入射流が存在すると評価された場合には、前記ロータブレード（１０８）の迎え角を減少させるステップと、
上述したステップを繰り返すステップと、
を備えている、
前記請求項のいずれ１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記風力発電設備（１００）における音測定を記録するステップと、
所定の超低周波限界値を超える振幅を有する超低周波が存在するか否かについて音測定を評価するステップと、
前記音測定の評価が、規定された超低周波の限界値を超える振幅を有する超低周波が存在すると評価した場合には、前記風力発電設備（１００）の少なくとも１つの動作設定を変更するステップと、
を備えた、
請求項７から１１のいずれか１つに記載の方法、または請求項７のプレアンブルに記載された方法。
【請求項１３】
前記入射流を改善するために、その迎え角に関して前記ロータブレード（１００）を調整するステップと、
ロータの回転速度を変更、特に、減少させるステップと、
前記風力発電設備（１００）によって生成される電力を変更、特に、減少させるステップと、
からなるリストから少なくとも１つの調整を含む動作設定を調整する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記風力発電設備（１００）が所定の限界回転速度を超えるロータ回転速度を有する場合にのみ、前記入射角の改良のために、前記ロータブレード（１０８）の迎え角の変更が行われる、
前記請求項のいずれ１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ロータブレードは、前記風力発電設備（１００）のロータによって回転され、
前記圧力は、前記圧力スペクトルの少なくとも一部を記録するために、前記ロータの少なくとも一回転、特に、複数回転にわたって、記録され、
複数の圧力測定が、各回転中に、特に、均一な態様で、および／または、均等な間隔で連続的に実行され、
現在の圧力スペクトルは、各圧力測定において決定され、少なくとも圧力スペクトルの一部は、少なくとも１回転の圧力測定の全ての現在の圧力スペクトルにわたって平均化することで形成される、
前記請求項のいずれ１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記ロータの角度位置αは、前記ロータの回転とともに取得され、
それぞれの現在の圧力スペクトルは、平均化の前に、前記角度位置αのコサイン、ｃｏｓ（α）によって掛けられ、特に、この端部までの前記角度位置αが関連する前記ロータブレードが上部、すなわち１２時の位置にある時に値０となるように定義される、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
迎え角に関して調整可能なロータブレード（１０８）を有するロータ（１０６）を備えた風力発電設備（１００）であって、
少なくとも１つの測定位置において、少なくとも１つのロータブレード（１０８）の壁圧力の圧力スペクトルの少なくとも一部を記録する少なくとも１つのセンサ（３０）を備え、
前記圧力スペクトルの少なくとも一部を評価し、
圧力測定の評価に応じて、前記ロータブレード（１０８）に臨界入射流（２４）が存在するか否かを評価し、
前記入射流を改良するために、入射流が臨界的と評価された場合には、迎え角（angle of attack）に関してロータブレード(１０８)を調整する、
ために準備された風力発電設備（１００）。
【請求項１８】
請求項１から１６のいずれか１項に記載の方法を実行するために準備された、
請求項１７項に記載の風力発電設備（１００）。
【請求項１９】
少なくとも１つのセンサ（３０）が、電位のない（potential-free）センサ、特に、光学センサ、特に、光ファイバセンサとして、ロータブレードの表面に組み込まれることを特徴とする、
請求項１７または１８に記載の風力発電設備（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電設備のロータブレードの入射流の評価方法に関する。さらに、本発明は、風力発電設備の操作方法に関する。本発明はまた、風力発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電設備が知られており、頻繁に設置されている。いわゆるＯＡＭ（other amplitude modulation）ノイズは、いくつかの場所において発生する。前記ノイズは、ロータディスク上の風速において、特に大きな勾配を有する場所で実質的に生じる。このようなＯＡＭノイズは、同様に大きな勾配を引き起こす特定の大気条件の下でも発生する可能性がある。ブレードがいわゆる１２時の位置を通過するとき、すなわち高い高度でかなり高い風速の結果として垂直に上向かって立つとき、ロータブレードには非常に大きな迎え角が生じるという仮定がなされている。そして、臨界入射流が発生する。例えば、S Oerlemansの出版物「風力タービン騒音の振幅変調に対する風力剪断の影響」（DOI：10.1260/1475-472X.14.5-6.715）に記載されているように、特に、ここでは、ストール（stall）のリスクがある。この点で、臨界入射流は、ストールのリスクがあるものである。
【０００３】
迎え角がある臨界値を越えると、風力発電設備の空気音響ノイズの体積と特性にも大きな影響を与える境界層が自然に分離される。少し後で、ロータブレードが１２時の位置を通過すると、迎え角が再び減少し、流れは再びプロファイルに隣接し、そして、ノイズの強度と特性とが再び低い、または「正常」となる。
続くブレードが同様の雰囲気、すなわち同様の境界条件に入射するので、同じ現象が再度生じる。これは、ブレード通過周波数での低周波ノイズの強度の変調として認識される。「通常の」後端ノイズの指向特性、すなわち連続的に生じる後端ノイズの指向特性とは対照的に、分離ノイズはロータ軸の方向に双極子のように放出される傾向があり、例えば、大気によってほとんど減衰されない低周波数レンジにおける強度の増加は、例えば、２ｋｍを超えるような非常に大きな距離を橋渡しし、設置が正常に認識されない場所で聞こえる。
【０００４】
低周波ノイズの強度のこの変調を減少させる１つの選択肢は、原則として、ノイズレベルの一般的な減少と、スロットル動作における風力発電設備の動作とからなり、例えば、特に電力も抑制される。一方、動力または回転速度を抑制することは、原則としてこのましくないため、これは、できるだけ少なく実行されるべきである。
閉ループ制御に介入するために、遠距離でのＯＡＭの発生を検出する方法も知られている。しかしながら、遠距離でのそのような検出は複雑であり、既に発生したノイズのみを検出することができる。
【０００５】
臨界迎え角は、ローラブレードプロファイルの周りの境界層の性質、ひいては表面の状態、特に汚れの状態にも依存するにもかかわらず、他の方法は、迎え角を決定することに基づく。また、迎え角の決定においては、特に不正確に敏感に反応することができるように、特に高い精度が重要である。
本出願の優先権の出願において、ドイツ特許商標庁は以下の先行技術を探索した：DE 10 2014 210 949 A1、DE 20 2013 007 142 U1、US 2002/0134891 A1、およびStephaneMoreauらによる論文「後縁の騒音源への翼型空気力学的負荷の影響」、StephaneMoreauらによる「翼端部の失速または失速における流れ特性および自己騒音」。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第10 2014 210 949号明細書
【特許文献２】独国実用新案出願公開第20 2013 007 142号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第2002/0134891号明細書
【非特許文献１】Effect of Airfoil Aerodynamic Loading on Trailing-Edge noise Sources（StephaneMoreau et al）
【非特許文献２】Flow Features and Self-noise of Airfoils Near Stall or in Stall（StephaneMoreau et al）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
その結果、本発明は、上記課題の少なくとも１つに対処することを目的とする。特に、ブレード通過周波数で知覚される低周波ノイズの強度の上述の変調を可能な限り最少および／または可能な限り早く低減することができる解決策を提案することである。少なくとも既知の解決策と比較して、代替の解決策を提案するべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、請求項１に記載の方法が提案される。この方法では、ロータブレードにおける入射流が評価され、特に、臨界入射流、特に、脅威的なストール（stall）や分離傾向を特定することが可能である。この目的のために、本方法は、風力発電設備の少なくとも１つのロータブレードの入射流を評価すること、および、この目的のために、少なくとも以下のステップを実行することを提案する。
−圧力、特に、少なくとも１つの測定位置におけるロータブレードの壁圧力、の圧力スペクトルの少なくとも一部を記録し、
−圧力スペクトルから少なくとも２つの特性値を決定し、
−少なくとも２つの特性値の間の関係からインジケータ値を形成し、
−インジケータ値に応じて、臨界入射流が存在するか否かを評価する。
【０００９】
この結果、ロータブレードにおける壁圧力の圧力スペクトルの少なくとも一部が、少なくとも１つの測定位置において、最初から記録される。この目的のために、圧力センサ、特に、無電位で動作する圧力センサは、デジタルサンプリングの範囲内において、任意に、特に連続的に圧力を測定するように、ロータブレードの表面の領域に配置され、そこでの圧力は、ロータブレードの領域で発生するか、あるいは、測定位置においてロータブレードに加えられる。この圧力は、壁圧力として参照されてもよい。ここでは、圧力は、スペクトルが識別可能で評価可能であるように定性的に記録される。この点において、マイクロフォンによるノイズの測定にほぼ一致する専用の圧力信号が記録される。最終的には、マイクロフォンも圧力センサであり、マイクロフォンが圧力センサとしても使用可能である。
【００１０】
このように記録された圧力スペクトルから少なくとも２つの特性値が決定され、例えば、前記圧力スペクトルをＦＦＴにより一定間隔で評価することが可能である。特に好ましくは、異なる周波数または周波数レンジの少なくとも２つの特性値、すなわち記録された圧力スペクトルの２つの異なる周波数レンジからの２つの特性値が決定される。
互いの関係からこれらの少なくとも２つの特性値を用いてインジケータ値が形成される。ある場合には、この関係は、２つの特性値の互いの比率または商であってもよい。そして、２つの値を評価すれば十分である。しかし、これらを周波数依存的にグループ化することにより、２つ以上の値を評価することも可能であり、例えば、特に２つのグループにグループ化され、これらのグループはお互いに関連しているか、またはそれぞれの場合にこれらのグループの特性値を決定し、次にこれらを互いに関連付けることによって得られる。
【００１１】
さらなる例を挙げると、例えば、２つ以上の値の場合には、そこからインジケータ値を形成するために、それぞれの場合に２つの値の間の関係を形成することも可能である。
そして、インジケータ値に応じて、臨界入射流が存在するか否かの評価が行われる。特に、臨界入射流、すなわちロータブレードにおける臨界入射流は、分離しようとされるものである。このような分離傾向は、取得されたノイズに基づいて認識されることが確認された。この過程において、周波数レスポンス、すなわち圧力スペクトルは、そのような臨界入射流に関する情報を提供することができることも認識された。よって、圧力スペクトルは、入射流が臨界的ではない場合に関する情報を自然と提供することもできる。
【００１２】
インジケータ値を形成するために互いに関連する２つの特性値によって、測定の精度、特に、その絶対振幅に関して、従属的な役割を果たすことができる。したがって、キャリブレーションは、特に、従属的な役割を果たすことができ、または、そのように測定記録のために必要なものであって、考慮された周波数レンジにおける周波数応答が一定であるか、または他の方法で知られている。
【００１３】
好ましくは、少なくとも２つの特性値は、第１および第２のスペクトル値を有し、第１および第２のスペクトル値は、それぞれ低周波数レンジおよび高周波数レンジを特徴付ける。特に、記録されたまたは評価された圧力スペクトルは、２つの周波数レンジ、すなわち、低周波数レンジおよび高周波数レンジに細分される。両方の周波数レンジは、それぞれの場合にスペクトル値によって特徴づけられる。特徴づけのオプションは、例えば、それぞれの周波数レンジの中心から２つの周波数レンジのそれぞれからの記録された値を使用することもできる。これら２つのスペクトル値が、例えば、積または差を形成することにより関係する場合には、これにより、関係、特に２つの周波数レンジの互いの比率についての結論を導くこともできる。
【００１４】
よって、臨界入射流が存在するか否かの評価は、インジケータ値に応じて、そして、２つの周波数レンジの互いの関係に応じて、実行される。特に、低周波数レンジにおける圧力スペクトルが高周波数レンジよりも高い場合には、臨界入射流が存在する。よって、特に、第１のスペクトル値が第２のスペクトル値よりも大きい場合には、臨界入射流が存在する。
【００１５】
好ましくは、圧力スペクトルは、力密度スペクトルとして実施され、あるいは力密度スペクトルとして検査され、その過程において、第１または第２の部分的な力密度スペクトルに細分され、第１の部分的な力密度スペクトルは、低周波数レンジにあり、第２の部分的な力密度スペクトルは、高周波数レンジにある。この点において、少なくとも２つの特性値が第１および第２のスペクトル成分として具体化され、それぞれ、低周波数レンジおよび高周波数レンジにわたる第１および第２の部分的な力密度スペクトルの積分によって形成されることが提案される。この結果、それぞれの場合に、２つの部分的な力密度スペクトルのそれぞれについて、したがって２つの周波数レンジのそれぞれについて、特性値を形成することができる。結果として、考慮された部分的な力密度スペクトルの全体が、それぞれの場合において、それぞれ形成された特性値に流入する。この結果、２つのスペクトル成分の関係からインジケータ値を形成する際に、それぞれの場合に部分的な力密度スペクトルの全体を取得し、考慮に入れることができる。上述した第１および第２のスペクトル値は、第１および第２のスペクトル成分としてそれぞれ実施されることができる。
【００１６】
１つの実施形態は、低周波数レンジが低周波数と中周波数との間にあり、高周波数レンジが中周波数と高周波数との間にあることを提案する。これらの低周波数、中周波数、および高周波数は、それぞれの場合に規定されている。２つの周波数レンジは、これらの周波数値を規定することによって定義される。この結果、特性値、特に、第１および第２のスペクトル値、または第１および第２のスペクトル成分が、互いの関係が入射流の評価に有意義になるように出現するように、周波数レンジを選択することができる。
【００１７】
好ましくは、中周波数は、臨界入射流が存在する場合に、力密度スペクトルが低周波レンジにおいて最大になるように設定される。一例として、風洞で試験を実施することができ、あるいは、ロータブレード、特に、入射流が臨界入射流に移行するように、自然に測定位置の領域において入射流を変更する他のシミュレーションとして実施することができる。ここで、力密度スペクトルが記録され、評価される。この場合、力密度スペクトルの最大値の変化も記録され、そして、臨界入射流が存在するとき、力密度スペクトルが低周波数レンジ、すなわち、前記中周波数より下において、最大となるように、中周波数を設定することができる。特に、非臨界入射流の場合に、最大値が中周波数より大きくなるように、この中周波数が自然に選択される。
【００１８】
さらに、または代替的に、低周波レンジと高周波数レンジが同じ大きさになるように、すなわち、例えば、両方の周波数レンジはそれぞれの場合２００Ｈｚをカバーするように、低、中、高の周波数を設定することが、１つの例として提案される。部分的な力密度スペクトルのこれらの積分結果の良好な比較可能性を追求するために、等価な周波数レンジの選択は、特に、部分的な力密度スペクトルの積分のための一実施形態である。均一な算術分割がこの例の基礎となる。一実施形態によれば、対数細分は、両方の周波数レンジが同じサイズを有するように、細分の基礎をなすことができる。
【００１９】
さらに、または代替的に、ロータブレードの汚れの程度や浸食度合いに応じて、低、中、高の周波数を設定することが提案される。これはまた、崩壊の結果として、変化に対抗するために、例えば、半年、１年または数年の特定の運用期間の後に、周波数レンジの変更を行うことができることを意味する。原則として、これは、力密度スペクトルの特性が、ロータブレードの汚れの程度が増すにつれて変化し得るという発見に基づいている。これを考慮するために、力密度スペクトルでこのような変化を取得するために、風洞またはシミュレーションで、特別なあるいは一般的な試験を受けることができる。特に、力密度スペクトルの最大値もシフトすることができ、それにより、できるだけ良好な評価が、少なくとも中周波数を適切に変位または再選択するのに応じて有利であることが認識された。好ましくは、低周波数および高周波数も適応目的のために変更される。
【００２０】
好ましい形態によれば、低、中、高の周波数は、評価が清浄状態から汚れた状態へのロータブレードの変化に関連して耐性がある、または強くなるように、選択される。
さらに別の実施形態では、風力発電設備の設置場所における放音限界に応じて、低、中、高の周波数が設定されることを提案する。風力発電設備の放音値は、特性値、特に第１のスペクトル値と第２のスペクトル値、または第１のスペクトル成分と第２のスペクトル成分との関係から導かれる。これも、風洞や試験場で検査することができる。そのような関係が取得されると、それぞれの場合に必要とされる音放射限界を観察するために、低周波数、中周波数および／または高周波数を設定することが可能である。
【００２１】
さらなる実施形態は、風力発電設備の領域における音測定に応じて、低、中および高側の周波数が設定されることを提案する。これにより、特に各設備での試験運転の目的で、これらの値を簡単な方法で設定することが可能になる。その結果、事実上、それぞれの風力発電設備または関連する設置場所の特定の周囲条件を考慮に入れることが可能である。
一実施形態では、低周波数、中周波数および高周波数がそれぞれ２００Ｈｚ、４００Ｈｚおよび６００Ｈｚの領域の値または対応する領域の値に設定されることを提案する。２００Ｈｚ、４００Ｈｚおよび６００Ｈｚの値は、異なる設置の場合でも良好な値であることが分かった。しかしながら、指定された３つの正確な値は、必ずしも重要ではないので、上記の３つの値の周りの領域、例えば、それぞれの場合のそれぞれの値について±２０Ｈｚの間隔で、または、それぞれの値について±５０Ｈｚだけ変化するように、設定を提供することもできる。
【００２２】
有利な構成は、インジケータ値が、少なくとも２つの特性値のうちの２つ、または第１および第２のスペクトル値、または第１および第２のスペクトル成分の商であることを提案する。そして、提案された評価が、インジケータ値が指定可能な比率限界値を上回っている場合、臨界入射流が仮定されるように、すなわち臨界入射流が存在すると評価されるように、実行される。好ましくは、そのような比率限界値は、１より大きい。
【００２３】
この商を形成した結果、商が形成される絶対値は、もはや重要ではなく、あまり重要ではない。その結果、比のみが形成され、結果として１つの特性のみが評価されるが、絶対値は評価されず、当然のことながら絶対値は計算に含まれる。いずれにしても、これにより、特性を簡単に評価することができる。これは、特に、気流の分離傾向がある状況が、特性の評価から導かれるという発見に基づいている。
【００２４】
あるいは、特性値の１つを絶対比較値と比較することもできる。一例として、比率限界値に対する第１および第２の特性値の商の比較は、第２の特性値の生成と比率限界値に対する第１の特性値の比較に相当し、したがって、これは同等の実装になる。
いずれの場合でも、商を比率限界値と比較することにより、臨界入射流が存在するかどうかを簡単に評価することができる。特に好ましくは、商＞１の場合には、臨界入射流が仮定され、商≦１の場合には、非臨界または通常の入射流が仮定される。それにもかかわらず、特定の比率限界値を特定することは、特に、１よりも大きくなり得ることが好ましい実施形態である。その結果、臨界入射流が想定される時から、明確でユニークな定義を提供することが可能になる。
【００２５】
このような比率限界値は、特定の風力発電設備に応じて、または、特定の境界条件に応じて、特定されてもよい。特に、関係するロータブレードの汚れの程度がここに含まれる。その結果、異なる汚れ度の場合にも、異なる分離傾向が存在し得るという事実を考慮することができる。基礎となる技術的条件は、時にはかなり複雑になることがある。ただし、ここでは、対応する比率限界値を設定することで評価を行うために、簡単かつ一意に実装することができる。この例を取り上げる周波数レンジが、ロータブレードの汚れ具合に応じて設定できる場合は、これは、それに応じて、比率限界値の規定に適合させることができる。
【００２６】
さらなる実施形態は、少なくとも１つの測定位置が、ロータブレードのロータブレード後端の領域に配置されることを提案する。特に、気流の分離が、まず、ロータブレード後端の領域において発生すると、分離傾向をより良く検出することもでき、よって、前記点での臨界入射流を検出することもできる。さらに、センサは、この場所における侵食プロセスから比較的良好に保護される。
【００２７】
さらに、または、ロータブレードの吸込側に、測定位置を配置することが提案される。これはまた、特に少なくともこの場合の根底にある現象において、吸込側で分離傾向が予想されるという事実を考慮する。これは、解明のためにこれらの２つの極端な位置について述べるために、ロータブレードが６時の位置にあるときよりも特定の現象において、いわゆる１２時の位置にあるロータブレードの場合には、より高い風速が正確に期待されるためである。風速が増加した結果、迎え角の変化、すなわち、ロータブレードの吸込側において発生する分離傾向が許容されるタイプの変化もある。しかし、分離は、６時の位置、すなわち、特にロータブレードの圧力側においても発生し得る。
【００２８】
ここで、迎え角は、関係するロータブレードプロファイルにおいて見かけ上の風が流れる角度である。ブレード角度を調整することにより、特に少なくとも１つのピッチモータの適切な作動によって、結果として迎え角にも変化が生じる。ここと下の迎え角の調整を参考にして、これは、実際には、迎え角の調整につながるブレード角度の調整を意味すると理解されるべきである。
【００２９】
さらなる実施形態は、その長手方向に関係して、ロータブレードの接続領域、すなわち、ロータブレードの根元からロータブレードのブレード先端まで、特に、６０％から９５％まで、特に、７５％から８５％までのレンジにおけるロータブレードの外側の領域に測定位置が配置されることを提案する。上述の現象は、ここではロータブレードの高い軌道速度があり、それでも重要なプロファイル、すなわち大きなコード長さであるから、この領域で特に期待されるはずである。別の言い方をすれば、外側であるが、ブレード先端の完全な外側ではない位置に、測定位置を設けることが提案される。
【００３０】
好ましくは、複数の測定位置は、特に、それぞれのロータブレードにおいて１つ、あるいは、特に好ましくは、それぞれのロータブレードにおいて複数、設けられる。ロータハブの中心に評価を付与することは、特に、それぞれのロータブレードにおいて測定する場合に、有利かもしれない。
好ましくは、インジケータ値が、ローパスフィルタリング、すなわち、ローパス特性を持つフィルタ機能によるフィルタリングを受ける。風洞試験の測定データから、インジケータ値がとても大きな変化を受け、特に、ノイズが大きいかもしれないと認識された。よって、インジケータのローパスフィルタリングが提案される。風洞測定データに基づき、単段階指数平滑化（single-stage exponential smoothing）の使用を採用した測定および評価についても検討された。これはノイズと成功したいくつかの異常値を抑えることができることがわかったが、インジケータは、その結果として低速になり、すなわち動的ステップ応答を示す。
【００３１】
さらに、風力発電設備の制御方法は、本発明によって提案されており、前記方法は、そのブレード角度を調整可能な少なくとも１つのロータブレードを持つロータを有する風力発電設備を根本とする。特に、３つのこのようなロータブレードを持つロータが提供される。この方法は、以下のステップを備えている。
−少なくとも１つの測定位置における少なくとも１つのロータブレードにおける圧力測定を評価し、
−圧力測定の評価に応じてロータブレードにおいて臨界入射流が存在するか否かを評価し、
−入射流を改善するために入射流が臨界的と評価された場合には、その迎え角の点でロータブレードを調整する。
【００３２】
よって、少なくとも１つの圧力測定が、少なくとも１つのロータブレードにおいて実施され、評価される。特に、評価には、周波数解析または後続の信号解析を伴うバンドパスを用いた評価を含めることができる。圧力測定の評価によっては、その迎え角の点で関連するロータブレードを減少させるために、臨界入射流がロータブレードに存在するか否かの評価があり、すなわち、入射流が臨界と評価された場合、必要に応じてその上で反応が行われる。ここで、ロータブレードは、入射流が改善されるように調整される。よって、その調整は、分離傾向が減少あるいは除去されるように実行される。特に、ロータブレードは、この目的のために、さらに風の中で回転し、すなわち、ブレード角度が増加する。
【００３３】
上述した少なくとも１つの実施形態に係る方法が、特に、臨界入射流が存在するか否かを評価するために、使用される。よって、特に、使用は、測定位置におけるロータブレードの圧力スペクトルの少なくとも一部を記録し、圧力スペクトルから２つの特性値を決定し、そこから、すなわち２つの特性値の互いの関係から、インジケータ値を決定する方法からなる。最後に、臨界入射流が存在するか否かの評価は、形成されたインジケータ値に応じて、これを利用して実施される。
【００３４】
そして、インジケータ値が減少して限界値を下回るように、特に、比率限界値を再び下回るように、ロータブレードが調整される。よって、そのような評価方法を、例えば、毎秒１０回、場合によっては、時間が重なる測定ウインドウを用いて連続的に繰り返し、それに伴って新たに評価を再度行うことが提案されている。もし、その比率限界値を上回るインジケータ値が決定された場合には、結果的に、対応するロータブレードは迎え角の点で調整され、それに応じてインジケータ値も再び減少する。これは観察することができ、それに応じてブレード角度の調整もそれ自体を行うことができる。
【００３５】
このようにして行われる調節は、好ましくは風力発電設備の全てのロータブレードに対して、特に、少なくとも１回転にわたって、特に、ロータの複数の回転にわたって、行われ、維持されることができる。
好ましくは、上限および下限のヒステリシス限界値が提供され、インジケータ値がヒステリシス上限値を超えると、調整が開始されるが、インジケータ値が下限ヒステリシス限界値を下回るまで調整が継続される。ここで、下限ヒステリシス限界値が、上限ヒステリシス限界値よりも小さいと、これはヒステリシスレンジに及ぶ。これにより、測定を変更した結果、既に１つの限界値についての連続閉ループ制御を防ぐことができる。
【００３６】
ＯＡＭの条件は、しばしば短時間、特に１分未満の時間しか存在しないことが認識された。これを考慮するために、ある実施形態では、タイマ、すなわち、所定の持続時間を提供することが提案され、これにより、低いヒステリシス限界値が所定の時間間隔、特に、１分以内に恒久的にアンダーシュートされた場合に、風力発電設備を通常運転に戻すことを可能にする。この結果、タイマが終了した後、すなわち、より低いヒステリシス値が連続的にアンダーシュートされた最後の時間の後の所定の時間の経過後に、ローラブレードの調整がやり直される。
【００３７】
特に、風力発電設備の制御方法が提供され、その方法は以下のステップを含む。
−ロータブレード、特に、ロータブレード後端の近傍の吸込側におけるロータブレードの外側領域において、圧力の圧力スペクトルの少なくとも一部を記録するステップ、
−記録された前記圧力スペクトルのスペクトル評価を実施するステップ、
−圧力スペクトルを、第１および第２の部分的な力密度スペクトルに細分化するステップ、
−第１および第２の部分的な力密度スペクトルをそれぞれ統合して、第１および第２のスペクトル成分を算出するステップ、
−インジケータ値として、第１および第２のスペクトル成分の積を形成するステップ、
−インジケータ値を指定可能な比率限界値と比較し、インジケータ値が比率限界値を超える場合には存在するものとして臨界入射流を評価するステップ、
−臨界入射流が存在すると評価された場合には、ロータブレードの迎え角を減少させるステップ、
−上述したステップを繰り返すステップ。
【００３８】
好ましくは、ブレード角度は、通常の動作中に設定されるブレード角度に対して、所定の修正角度、特に、５°または１０°で制限されたレンジで増加される。その結果、本実施形態では、上述の各ステップを連続して実施し、これらのステップを連続的に繰り返して、対応する測定値を連続的に記録して評価し、必要に応じてブレード角度を調整することを提案する。ここで、ブレード角度の増加は、迎え角の減少につながるという事実が参照される。
【００３９】
さらに、そのブレード角度が調整可能な少なくとも１つのロータブレードを持つロータを有する風力発電設備の制御方法が提案され、その方法は、以下のステップを備えている。
−風力発電設備における音測定を記録するステップ、
−所定の超低周波限界値を超える振幅を有する超低周波が存在するか否かについて音測定を評価するステップ、
−音測定の評価が、規定された超低周波の限界値を超える振幅を有する超低周波が存在すると評価した場合には、風力発電設備の少なくとも１つの動作設定を変更するステップ。
【００４０】
その結果、最初に、風力発電設備における音測定の記録がここで提案される。これは、ロータブレードにおける、あるいは風力発電設備のナセルやタワー等の他の位置においてであってもよい。風力発電設備の近傍における音測定も考慮される。いずれの場合も、ここでは音測定が提案され、その音測定は、超低周波がある振幅で存在するか否かをチェックする。これは、特に、理論的にのみ唯一のものであれば、人間または動物が知覚できる超低周波につながる可能性がある振幅に関する。ここで、特に、超低周波は約１〜２０Ｈｚの周波数で音であると仮定されるが、これよりも低くてもよく、例えば、０．１Ｈｚまでであってもよい。
【００４１】
そのような振幅の超低周波を捕捉する場合、風力発電設備の少なくとも１つの動作設定を修正することが提案される。この目的を達成するために、超低周波限界値を予め決定することができ、捕捉された超低周波振幅がその上にある振幅を有するか否かをチェックすることができる。
ここで、上述した少なくとも１つの実施形態の組合せは、臨界入射流の捕獲を考慮して実行されてもよい。上記現象のために、このような臨界入射流は、周波数変調として知覚されえる。どちらも物理的に多少異なるにもかかわらず、一方で、周波数変調のために、他方で、超低周波のために設定された同様の効果および／または同様の知覚設定が、問題になる可能性がある。周波数変調の場合、超低周波よりもかなり離れたある周波数または周波数レンジのノイズは、超低周波レンジではビートが周波数を有するため、脈動的に発生し、超低周波などと知覚される可能性がある。対照的に、実際の超低周波は、非常に低い周波数、特に、２０Ｈｚまたはそれ以下での周波数でしかノイズを持たない。
【００４２】
今度は、後者が対応して高い振幅で捕獲された場合、超低周波の場合に提案された対策は、それにより最良の可能な程度にまで超低周波源および／または増幅を変更するために、風力発電設備の少なくとも１つの動作設定を変更することである。
好ましくは、入射流を改良するためにロータブレードの迎え角を変更することは、上述した実施形態の多くに従って提供される測定にも対応しており、動作設定を調整するために問題になる。
【００４３】
さらにあるいは、ロータ回転速度の変更、特に減少が提案される。その結果、超低周波のソース強度もまた減少する。
さらにあるいは、風力発電設備によって生成された電力の減少が考慮される。これもまた、超低周波の減少の測定であってもよい。ここでは、生成された電力の変更または減少も、例えば、風力発電設備の風に対する抵抗の大きさに対して影響を及ぼすことに注意すべきである。よって、この測定も、音の生産へ影響を及ぼす。
【００４４】
一実施形態は、ロータブレードが風力発電設備のロータによって回転され、
−圧力は、圧力スペクトルの少なくとも一部を記録するために、ロータの少なくとも一回転、特に、複数回転にわたって、記録され、
−複数の圧力測定が、各回転中に、特に、均一な態様で、および／または、均等な間隔で連続的に実行され、
−現在の圧力スペクトルは、各圧力測定において決定され、少なくとも圧力スペクトルの一部は、少なくとも１回転の圧力測定の全ての現在の圧力スペクトルにわたって平均化することで形成される、
ことを提案する。
【００４５】
よって、ロータは、特に、風力発電設備の運転中に回転し、圧力測定は、その工程において連続して、特に、連続的または準連続的に、記録される。特に、測定は、特に、結果的に圧力を記録するノイズセンサを用いて、永久的に実行される。測定は、評価され、パワースペクトルまたは力密度スペクトルが、具体的には、各測定、または各測定時間に、生成される。例えば、測定は、例えば、ＦＦＴを用いて、パワースペクトルまたは力密度スペクトルの決定を認めるサンプリング周波数でサンプル化される。この絶え間なくサンプリングされた測定は、準連続測定とも呼ばれる。
【００４６】
プロセスで考慮される期間の良好な全体像は、最も単純な場合には算術平均として形成される平均化によって生じる。また、時々起こる強い偏差を平均化することも可能であり、これらは大きな役割を果たさない。特に、そのような時々発生する大きな偏差は、ロータブレードまたはロータブレードの提案された規制に影響を与える可能性がある。このためには、変化の少ない値、またはわずかな変化のみが、数回の回転にわたって変化し、控えめなブレード調整につながることも十分認識されていた。ロータブレードの調整またはロータを頻繁に調整することは回避される。
【００４７】
この目的のために、一実施形態は、
−ロータの角度位置αは、ロータの回転とともに取得され、
−それぞれの現在の圧力スペクトルは、平均化の前に、角度位置αのコサイン、ｃｏｓ（α）によって掛けられ、特に、関連するロータブレードが上部、すなわち１２時の位置にある時に、この端部までの角度位置αが値０となるように定義される。
【００４８】
この測定の結果、均一なノイズ、すなわち、実際に評価すべき特性信号に重畳される外乱信号を、測定信号から除去する、あるいは少なくとも低減することができる。これは、下記の考え方に基づく。
特に、ロータブレードが上部、すなわちロータブレードが１２時の位置の領域にあるときに、回避すべきストールを報知することが可能な騒音が発生する。この場合、これらのノイズは、特性信号を形成する。これは、上部における風速が下部よりも定期的に高いため、そこでもストールが起こりやすいからである。それにもかかわらず、上部領域だけでなく、少なくとも１回転以上調整したまま、ロータブレードを調整することが提案されている。当然、ピッチベアリングまたはそれに接続されたモータの追加的な交互負荷が考慮されるのであれば、ロータブレードの周期的な調整も可能である。
【００４９】
同定しようとするノイズ、すなわち特性信号には、ほぼ均一なノイズ、すなわち外乱信号が重畳されていることが分かった。しかし、この外乱信号は、高さから実質的に独立して、すなわち、ロータブレードが上部または下部にあるかどうかに関係なく、特性信号は実質的に上部で発生する。
ここで、それぞれの現在の測定信号またはそこから導出された現在の圧力スペクトルに、それぞれの場合にロータブレードの現在または関連する角度位置のコサインを掛けた場合、すなわちｃｏｓ（α）を乗算すると、この結果、一方では外乱信号と他方では特性信号とに異なる効果をもたらす。原理的には、コサイン関数による分布、またはコサイン関数による分布が、外乱信号に対して発生する。外乱信号は、１回以上の完全な回転にわたって平均化されたときにゼロを生成する。その結果、外乱信号が平均化され、フィルタリングされる。
【００５０】
しかし、特性信号は、コサイン関数が実質的に１の値を有するとき、頂部において実質的に生じる。よって、それは、それが激しくて高い値で起こるところで１倍される。外乱信号とは異なり、それは下部領域、すなわち、特に、６時の位置の領域においてより低い値を有し、より低い値は、負の符号を有する平均化に含まれる。よって、せん断の状況に応じて、０ではない値が、１回転にわたって発生する。
【００５１】
その結果、残っているのは、少なくとも主に特徴信号のみである。
測定または平均化が全回転または複数の完全回転にわたって記録される場合、この効果のために特に有利である。しかし、例えば、１０回転以上のたくさんの回転の場合には、それにもかかわらず、その結果として、外乱信号がいずれの場合にも大幅に低減され得るため、上述のフィルタリングまたは平均化効果が設定される。
【００５２】
さらに、そのブレード角度について調整可能なロータブレードを持つロータを有する風力発電設備が、本発明によって提案され、前記風力発電設備は、以下の構成を備えている。
−少なくとも１つの測定位置において、少なくとも１つのロータブレードの壁圧力の圧力スペクトルの少なくとも一部を記録する少なくとも１つのセンサを備え、風力発電設備は、
−圧力スペクトルの少なくとも一部を評価し、
−圧力測定の評価に応じて、ロータブレードに臨界入射流が存在するか否かを評価し、
−入射流を改良するために、入射流が臨界的と評価された場合には、迎え角に関してロータブレードを調整する、
ために準備されている。
【００５３】
好ましくは、入射流の改善のために、ロータブレードの迎え角の変更は、風力発電設備が所定の臨界回転速度を超えるロータ回転速度を有する場合にのみ、実行される。これは、周波数変調が、特に、圧力スペクトルの説明された評価に依存するだけでなく、回転速度にも依存するという発見に基づいている。特に、しばしば低風速と一致する低回転速度での効果はより低い。
【００５４】
特に、このような風力発電設備は、上述した実施形態に係る少なくとも１つの方法を実行するため、あるいは、その中の方法を実施するために、提供される。
好ましくは、少なくとも１つのセンサは、無電位センサ、特に、光学センサ、特に、光ファイバセンサとして、風力発電設備のために、ロータブレード表面に搭載される。その結果、このようなセンサは、簡単な方法によって、ロータブレードの所望の測定位置に搭載されることができる。無電位センサを用いることで、例えば、適切に準備された光ファイバケーブルのように、ロータブレード、特に、センサに対して、雷が掛かる危険性を回避することができる。
【００５５】
ここで、本発明は、添付の図面を参照しながら、例示的な実施形態に基づいて以下でより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】風力発電設備の斜視図。
【図２】ロータブレードにおける分離現象を説明するための図。
【図３】異なる迎え角に対する２つの力密度スペクトルを示す図。
【図４】境界条件が異なる場合のインジケータ値の曲線を示す図。
【図５】風力発電設備を制御するための制御シーケンスを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
図１は、タワー１０２とナセル１０４とを備えた風力発電設備１００を示す。３つのロータブレード１０８とスピナ１１０とを有するロータ１０６は、ナセル１０４に配置されている。動作中、ロータ１０６は、風によって回転動作に移行し、それによりナセル１０４において発電機を駆動する。
図２は、本発明に関係する位置におけるロータブレードのプロファイル２を示す。プロファイル、よってロータブレードも、ブレード前縁４とブレード後縁６とを有する。さらに、プロファイル、当然、ロータブレードも同様に、吸込側８と圧力側１０とを有する。層流状態の場合の設備の運転中に、吸込側８と圧力側１０の両方に、それぞれ境界層１２，１４が形成されており、それらの境界層１２，１４は、それぞれ上側と下側とも呼ばれる。これら２つの図示された境界層１２，１４は、入射流に属しており、これは、所望の動作中に、実質的に層流を伴って通常の入射流１６として示されている。特に、ロータブレード（ここではプロットされていない）のコードに平行な比較方向１８に関して、通常の迎え角２０が設定される。このような迎え角、すなわち、通常の迎え角２０と臨界的な迎え角２２は、以下でより詳細に説明するが、風速を減少させるベクトルと負の符号を持つロータブレードの移動に対応するベクトルとのベクトル加算から生じる。
【００５８】
ロータブレードの不変な動き、すなわちプロファイル２の場合の風速の増加が今であれば、図２にプロットされており、前述の臨界的な迎え角２２を持つ臨界入射流２４までの方向に関して、入射流の変化もある。臨界的な入射流は、上部境界層、特に吸込側８の境界層１２において変化が生じ分離傾向が生じる際に、想定すべきである。このような臨界的な状況は、臨界入射流２４に割り当てられた、対応して変更された境界層２６と共に図２にプロットされている。このような状況では、流れノイズが、変化して増加もする。
【００５９】
力密度スペクトルに基づいて、図２は、異なる状況の根底にあるノイズ特性を説明する。この目的のために、この関連するプロファイル２上のブレード後縁６の吸込側８およびその近傍の圧力センサ３０は、特に、圧力信号、具体的には、音を記録する。その結果、圧力センサ３０は、マイクロフォンであってもよい。
これらの記録された圧力または音信号は、ＦＦＴ、すなわちフーリエ変換によって力密度スペクトルに変換することができ、図２の線図は、３つの状況の力密度スペクトル、具体的には、通常の入射流の場合、特に通常の入射流１６の場合に設定される通常の力密度スペクトル３２、臨界入射流、特に臨界入射流２４の場合に設定可能な臨界的な力密度スペクトル３４、流れが分離される際に設定される分離３６の場合のパワースペクトル、を示している。
【００６０】
これら３つの力密度スペクトルは、対数−対数図において、周波数ｆを超える力密度スペクトルＧｐｐとしてプロットされている。
いずれの場合でも、様々な状況において、力密度スペクトルに大きな変化があることを識別することが可能である。通常から臨界状態への増加に加えて、周波数のシフトを認識することも可能である。
【００６１】
これは、図３で説明されているように、現在、利用されている。図２の通常の力密度スペクトル３２と臨界的な力密度スペクトル３４とは、図３では、別々の図としてプロットされている。ここで、両方の力密度スペクトルは、低周波レンジ４２と高周波レンジ４４とにおいて分割される。それぞれの場合に含まれるスペクトル成分は、それぞれ、低スペクトル成分Ｐ１および高スペクトル成分Ｐ２と呼ばれる。
【００６２】
低スペクトル成分Ｐ１は、通常の入射流１６の間により小さい成分を形成し、臨界入射流２４の間により大きな成分を形成することは明らかである。評価目的のために、各場合において部分的な力密度スペクトルを積分して、インジケータ値Ｉとして用いることができる商を形成することが、今度は提案される。よって、低スペクトル成分Ｐ１と高スペクトル成分Ｐ２との商が、インジケータ値Ｉを算出するために、以下の数式に従って提案される。
【００６３】
【数１】
2019502859.tif 000003
よって、一実施形態は、スペクトルを、低周波レンジ４２と高周波レンジ４４とにそれぞれ分割することを提案する。この細分化から現れる２つの部分的な力密度スペクトルは、それぞれの場合に統合されなければならず、インジケータ値を形成するためにそこから商を計算しなければならない。ここで、比率限界値は、このインジケータ値のために事前に校正された閾値に基づく。この事前に校正された閾値がインジケータ値を超える場合には、１または複数のロータブレードが風によって僅かに回転し、例えば、当初は１度だけ回転し、これは当業者であれば、ピッチングアウトとも呼ばれる。
【００６４】
このようなインジケータ値、すなわち、記載された商Ｉの曲線は、異なる風速のため、および綺麗なそして汚れたロータブレードのための迎え角の関数として、図４にプロットされている。これらの曲線は、風洞の試験から集められている。
ここで、５つの曲線５１〜５５は、以下の境界条件がそれに適用される。
５１：綺麗なブレードの場合、風速４０ｍ／ｓ、
５２：綺麗なブレードの場合、風速６０ｍ／ｓ、
５３：綺麗なブレードの場合、風速８０ｍ／ｓ、
５４：汚いブレードの場合、風速６０ｍ／ｓ、
５５：汚いブレードの場合、風速８０ｍ／ｓ、
綺麗な、すなわち汚れのないローラブレード、すなわち非常に滑らかな外形表面を有するケースの場合、異なる入射流の曲線、すなわち、５１，５２，５３は、ほぼ一致する。力密度スペクトルの商として、あるいは「スペクトルエネルギー係数」としても参照されるインジケータ値は、これらの綺麗なケースについて、結果的に、分離の開始を常に検出する。この目的のために、この係数のみが必要とされ、特に、回転速度の入射流速度の知識は、この目的のために必要とされない。解明のために、この目的のために、綺麗な分離限界５６がプロットされ、分離限界は、例えば、迎え角、すなわち、綺麗で従って非常に滑らかな外形面の場合には分離が生じ、この分離限界は風洞の試験でも生じる場合、約８．５度を示す。
【００６５】
汚れている場合、すなわち、曲線５４，５５の場合には、臨界的な迎え角が綺麗な場合よりも小さい。これは、インジケータ値、すなわち、この場合にはインジケータ値５４，５５によってマッピングされる。しかし、この場合には、回転速度へのわずかな依存性、すなわち、入射流の風速への依存性が見られる。解明のために、汚れた分離限界５８も、汚れたロータブレードのためにプロットされる。
【００６６】
適切な限界周波数を選択することによって、回転速度または風速および汚れ状態のこのような影響を低減することができる。このような限界周波数、すなわち、低周波数ｆ１、中周波数ｆ２、および高周波数ｆ３は、それに応じて、事前に確認し、対応する評価アルゴリズムにプログラムすることができる。４つの周波数が存在することも可能であり、そのうち２つはそれぞれ周波数レンジを規定する。これらのうち、２つの周波数が対応し、したがって中周波数ｆ２を形成するか、または実際には４つの異なる周波数を選択することができる。
【００６７】
さらに、または代わりに、記載された規制は、音臨界回転速度より上でのみ正確に設定することもでき、それを超えると、インジケータ値は確実に動作する。このように、インジケータ値に基づくピッチングアウトは、予め定められた最小回転速度が一度出されたときにのみ行われるように提案される。
この結果、図４は、異なる境界条件のための低スペクトル成分Ｐ１と高スペクトル成分Ｐ２との関係を示す。この目的のために、異なる限界周波数、いわゆる、低、中、高の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３、または限界周波数がそれぞれ選択され、汚れたロータブレードの場合でも、異なる境界条件、すなわち異なる入射流の風速についての、比率限界値との関連で意味のあるインジケータ値を提供する。比率限界値６０がこの場合の値２の場合、異なる条件であっても、インジケータ値によって分離の傾向を良好に認識することができる。この目的のために選ばれた周波数は、ｆ１＝２００Ｈｚ、ｆ２＝４００Ｈｚ、ｆ３＝６００Ｈｚであった。
【００６８】
実装の目的のために、吸引側および後縁の直接的な近傍におけるロータブレードの外側領域に、１または複数のセンサを取り付けることが提案されている。そこから、可能であればニュートラルファイバに沿って、例えば、ロータブレードの支持構造におけるウェブに沿って、ハブの方向に光ファイバ線を設置することができる。そこでは、１または複数のセンサは、特に、１つだけのセンサが存在する場合、または、ハブにおいて、特に、３つのセンサが存在する場合、すなわち、ロータブレードごとに１つのセンサがある場合、ロータブレード内の評価ユニットに接続することができる。１または複数のセンサによってキャストされたレーザ信号は、一例に過ぎないが、評価ユニットにおいて評価される。
【００６９】
次に、このような評価ユニット、特に、この目的のために使用された評価用マイクロプロセッサユニットを、風力発電設備の設置コントローラおよび設置レギュレータにリンクすることが提案される。その結果、このような評価された測定値、すなわち、特に、インジケータ値は、予め校正された閾値を超えた場合、ブレード調整角モータをより小さな迎え角に向けて変位させることができる。このような校正された閾値は、比率限界値６０として、図４にプロットされている。このような制御測定の効果は、インジケータ値の減少になる。図４の図に関して、これは迎え角αの減少に対応し、この変更された迎え角に従って、関連するカーブの値が変化する。
【００７０】
センサの応答は、すなわち、インジケータ値の評価を実行した後、このような動作、すなわち、ローダブレードの調整のきっかけになるのに十分であり得る。好ましくは、インジケータ値が常に限界値を下回るか、または、この時間内に低いヒステリシス値を下回る場合は、例えば、ブレード角度が再び回転される前に、それに続く１分であり得る待機時間が提供される。インジケータ値が一度でも再び閾値を越えると、インジケータ値が永久に閾値を下回るまで、ブレード角度はさらに増加する。
【００７１】
そして、インジケータ値が比較的長い間トリガされない場合、例えば、修正された大気条件が存在するため、再度、電力を増加させる目的で、ピッチ角とも呼ばれるブレード角度を減少させることが可能である。このように電力を上昇させるための増加は、設置コントローラによって実現することができる。
さらなる実施形態は、基準として使用される第２のより小さい下位の比率限界値、すなわち、比率限界値６０よりも小さい第２の比率限界値を提案する。その結果、制御ヒステリシスをコントローラ内で実現することができる。上述したＯＡＭノイズの発生後、この第２の比率限界値は、ブレード角度が再び減少する前、すなわち、ロータブレードが理想的なブレード角度に向かう方向に再び調整される前に、最初に（永久に）アンダーシュートされなければならない。
【００７２】
制御シーケンスは、図５において解明される。図５は、センサブロック７２が時間依存圧力ｐの記録を表し、時間依存圧力図７４で解明される制御図７０を示す。そして、圧力図７４に従うこの時間依存圧力曲線は、スペクトル評価ブロック７６に従う力密度スペクトルＧｐｐ（ｆ）に変換され、この結果は、力密度スペクトルブロック７８において視覚化される。
【００７３】
そして、力密度スペクトルは、ブロック７８によって解明されるように、統合評価ブロック８０において評価される。この評価では、それぞれ低、中、高の周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３に基づいて、２つの周波数レンジへの細分化が行われる。この結果、力密度スペクトルは、低、高スペクトル成分に細分化され、低、高スペクトル成分のこれら２つの力密度スペクトルが統合され、これら２つの統合された値は、そこからインジケータ値を形成するために形成される。
【００７４】
そして、このインジケータ値は、限界値、すなわち、特に、比率限界値と比較され、決定ブロック８２において、インジケータ値が依然として通常の入射流を想定するのに十分に低いかどうか、あるいは、それが比率限界値を超えたか否かに関する決定がなされ、決定ブロック８２においてｏｋ（ｎ．ｏｋ）ではないと解明された臨界入射流を仮定することが必要である。そうでなければ、結果は、決定ブロックでＯＫとして視覚化される。決定ブロック８２におい、臨界入射流が存在すると判定された場合、すなわち結果がＯＫでなかった場合には、それに応じて、迎え角を小さくするためにブレード調整角度を大きくするための制御信号がアクチュエータブロック８４において生成される。アクチュエータブロック８４は、中央設置コントローラ内で実現することができ、そのソフトウェアは、本発明に係るインジケータを考慮に入れるために、適宜拡張される。
【００７５】
そして、制御図７０において解明されたこのプロセスは、継続的に繰り返される。そのような反復は、約０．０１〜０．２秒の範囲内にあればよい。インジケータがローパスフィルタリングの対象となっている場合には、０．０１秒（すなわち、１００Ｈｚ）のより低い値が特に有利である。特に、この場合には、このような高い評価率が提案されている。
【００７６】
この結果、解決法は、この分野では他の振幅変調（ＯＡＭ）とも呼ばれる望ましくないノイズ現象が防止されるか、少なくとも低減されることによって、ここで提案された。この目的のために、特に、ブレード表面に組み込まれたセンサ、または少なくとも１つのこのようなセンサ、および制御戦略が提案される。パラメータ、特に、低、中、高の周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３をそれぞれ良好に選択することにより、この現象を低減するだけでなく、完全に抑制することができる。さらに、測定信号の評価が独立であるか、少なくとも校正、入射流速度、ブレードの汚れの程度、またはブレードの浸食の程度に関して、頑強である場合に、特に有利である。
【００７７】
その結果、測定技術の観点から、また測定対象に影響を及ぼし、誤った結果につながる可能性のある環境影響に関する可能な限り感度の低い解決策を創出することも可能であった。これは、ロータブレードの表面圧力域に関与する乱流境界層内の渦を含む。
特に、提案された解決法は、問題を再び取り除くために規制に介入するために、遠方のＯＡＭ事象のみを検出する方法よりも優れている。この解決策は、臨界的な迎え角がロータブレードプロファイルの周りの境界層の特性に依存し、これにより、表面の状態、特に汚れにも同様に依存するため、迎え角の決定に基づく方法を越えた有利な点も有している。
【図１】
2019502859.tif 000004
【図２】
2019502859.tif 000005
【図３】
2019502859.tif 000006
【図４】
2019502859.tif 000007
【図５】
2019502859.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月9日(2018.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
風力発電設備（１００）のロータブレード（１０８）における入射流の評価方法であって、
少なくとも１つの測定位置において前記ロータブレード（１０８）における圧力（Ｐ）としての壁圧力の圧力スペクトルの少なくとも一部を記録するステップと、
前記圧力スペクトルから少なくとも２つの特性値（Ｐ１，Ｐ２）を決定するステップと、
前記少なくとも２つの特性値（Ｐ１，Ｐ２）の間の関係からインジケータ値（Ｉ）を形成するステップと、
前記インジケータ値（Ｉ）に応じて、臨界入射流（２４）が存在するか否かを評価するステップと、
を備えている方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
前記インジケータ値（Ｉ）は、少なくとも２つの特性値のうちの２つ、または前記第１および前記第２のスペクトル値、または前記第１および前記第２のスペクトル成分（Ｐ１，Ｐ２）の商であって、
前記臨界入射流（２４）は、前記インジケータ値（Ｉ）が指定可能な比率限界値（６０）を上回っている場合には、存在すると評価される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
前記少なくとも１つの測定位置は、
前記ロータブレードのロータブレード後端（６）の領域に、
前記ロータブレードの吸込側（８）に、および／または、
長手方向において、前記ロータブレード（１０８）の接続領域から前記ロータブレード（１０８）のブレード先端までの前記ロータブレード（１０８）の中間領域に、
配置される、
請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
ロータブレード（１０８）のロータブレード後端（６）の近傍の吸込側（８）におけるロータブレード（１０８）の外側領域において、圧力の圧力スペクトルの少なくとも一部を記録するステップと、
記録された前記圧力スペクトルのスペクトル評価を実施するステップと、
前記圧力スペクトルを、第１および第２の部分的な力密度スペクトルに細分化するステップと、
前記第１および第２の部分的な力密度スペクトルをそれぞれ統合して、第１および第２のスペクトル成分を算出するステップと、
インジケータ値（Ｉ）として、前記第１および前記第２のスペクトル成分（Ｐ１，Ｐ２）の積を形成するステップと、
前記インジケータ値（Ｉ）を指定可能な比率限界値（６０）と比較し、前記インジケータ値（Ｉ）が前記比率限界値（６０）を超える場合には存在するものとして臨界入射流を評価するステップと、
臨界入射流が存在すると評価された場合には、前記ロータブレード（１０８）の迎え角を減少させるステップと、
上述したステップを繰り返すステップと、
を備えている、
請求項７から１０のいずれ１項に記載の方法。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
前記入射流を改善するために、その迎え角に関して前記ロータブレード（１００）を調整するステップと、
ロータの回転速度を減少させるステップと、
前記風力発電設備（１００）によって生成される電力を減少させるステップと、
からなるリストから少なくとも１つの調整を含む動作設定を調整する、
請求項１２に記載の方法。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１４】
前記風力発電設備（１００）が所定の限界回転速度を超えるロータ回転速度を有する場合にのみ、前記入射角の改良のために、前記ロータブレード（１０８）の迎え角の変更が行われる、
請求項７から１３のいずれ１項に記載の方法。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１５】
前記ロータブレードは、前記風力発電設備（１００）のロータによって回転され、
前記圧力は、前記圧力スペクトルの少なくとも一部を記録するために、前記ロータの少なくとも一回転にわたって、記録され、
複数の圧力測定が、各回転中に、均一な態様で、および／または、均等な間隔で連続的に実行され、
現在の圧力スペクトルは、各圧力測定において決定され、少なくとも圧力スペクトルの一部は、少なくとも１回転の圧力測定の全ての現在の圧力スペクトルにわたって平均化することで形成される、
請求項７から１４のいずれ１項に記載の方法。
【手続補正８】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１６】
前記ロータの角度位置αは、前記ロータの回転とともに取得され、
それぞれの現在の圧力スペクトルは、平均化の前に、前記角度位置αのコサイン、ｃｏｓ（α）によって掛けられ、この端部までの前記角度位置αが関連する前記ロータブレードが１２時の位置にある時に値０となるように定義される、
請求項１５に記載の方法。
【手続補正９】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１９】
少なくとも１つのセンサ（３０）が、電位のない（potential-free）センサとして、ロータブレードの表面に組み込まれることを特徴とする、
請求項１７または１８に記載の風力発電設備（１００）。
【国際調査報告】
2019502859.tif 000009
2019502859.tif 000010
2019502859.tif 000011
2019502859.tif 000012
2019502859.tif 000013
2019502859.tif 000014